本发明专利技术属于一种高效的抗辐射中红外激光晶体，在Er3+:Gd3Sc2Ga3O12(Er:GSGG，其中Er3+的掺杂浓度高于30at％)晶体中掺入Ho3+或Pr3+，表达式可写为Re3+，Er3+:Gd3Sc2Ga3O12(Re＝Ho，Pr)，其下能级的荧光寿命可得到一定的减小，从而有效提高了晶体的激光效率，同时该晶体还具有抗辐射的性能。
【技术实现步骤摘要】
,Er:GSGG及其制备方法
本专利技术属于功能晶体材料领域，具体的说是一种具有抗辐射性能的Ho3+或ft·3+与 Er3+共掺的钆钪镓石榴石激光晶体(Re，Er:GSGG)及其制备方法。
技术介绍
铒离子的4111/2 — 4I1372跃迁，在不同的基质中可产生2. 7-3 μ m波段的激光，这个 波段与水的强吸收峰位置重叠，因而水对它的吸收率特别高，是精细外科手术理想的工作 波段，这一性质使铒激光在生物和医学领域已得了非常广泛的应用。另外，用2.7-3μπι的 激光泵浦红外非线性晶体实现光参量振荡，能够获得3 19 μ m的高功率红外光源，可用于 光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染 监测以及反恐等领域。在辐射环境和空间环境中应用的激光器会受到Y射线和宇宙射线等高能粒子的 辐射，从而要求激光器具有抗高能射线辐射的能力，因此高效抗辐射激光材料对于辐射环 境和空间环境激光技术的发展具有重要的意义。钆钪镓石榴石晶体Gd#C2(;a3012 (GSGG)是 性能优良的激光工作基质，晶体结构属于立方晶系，可以采用熔体提拉法生长出高光学质 量的单晶° Zharikov (Ε· V. Zharikov, et al. Effect of UV-and y -irradiation on the lasing characteristics ofneodymium lasers,Bull. Acad. Sei. USSR,Phys. Ser,1984,48 103)等人的实验证明，Nd，Cr:GSGG激光器在受到紫外线或IOMrad的6ciCoy射线辐照后， 其激光性能几乎不受影响，而NchYAG(Y3Al5O12)激光器在受到IMrad的、射线辐照后，其激 光输出下降了一个数量级。我们的6ciCoy射线辐照实验也证明了 GSGG基质优良的抗辐射 性能。文献(Y. N. Xu, et al. Electronic structure andbonding in garnet Gd3Sc2Ga3O12, Gd3Sc2Al3O12Bnd Gd3Ga5O12Compared to Y3Al5O12,Physical Review B, 2000,61 :1817) ^GSGG 晶体抗辐射机制的研究认为，位于八面氧配位体中心的&原子与GGG、YAG晶体中相同位置 的( 和Al原子相比，具有较高的共价特点及键的有序性，使抵抗色心形成的能力增强，是 GSGG晶体具有强抗辐射能力的原因。R. C. Stoneman 等人曾报道了 ErGSGG (R. C. Stoneman, L. Esterowitz. Efficient resonantly pumped 2. 7-2. 8 μ m Er3+:GSGG laser. OptLetter, 1992,17 (11) :816.)的激 光输出。在Er:GSGG晶体中，2. 79 μ m的激光上能级％1/2的寿命为1. 6ms,该晶体是很好 的储能材料，适合于调Q输出巨脉冲激光。但是由于激光下能级4Iiv2的寿命可达到6ms， 是寿命更长的亚稳态。受激发射过程中，跃迁下来的粒子积累在4113/2能级上，不利于激光 发射过程中保持足够的粒子数反转。为了有效减小下能级4I1372的寿命，在晶体中掺入能 级与4Iiv2接近的离子，通过离子间的共振能量转移，也可加快抽空激光下能级粒子的速度。 1988 年，Huber 等人(Huber, et al, laser pumping of Ho, Tm, Er garnet laserat room temperature, IEEE J of Quantum Electronics, 1988,24 920)比较了连续二极管激光器 泵浦Cr，Er:YSGG和Cr，Er，Ho:YSGG晶体的输出特性，后者斜效率提高。这是由于Ho的5I7 能级与4Iiv2能级接近，加速了激光下能级粒子抽空速率，振荡过程中激光介质保持了较高的增益。本专利技术提出的Re，Er:GSGG(Re = Ho3+或ft·3+)，其中Ho3+的5I7和ft·3+的％能级分 别与Er3+离子的激光下能级4Iiv2接近，能加速激光下能级粒子抽空速率，减小寿命，在振荡 过程中激光介质可以保持较高的增益，提高斜效率。由于基质GSGG本身具有抗辐射功能， 所以Re，Er:GSGG(Re = Ho3+或ft·3+)晶体也是一种高效抗辐射的激光材料，除可满地面应 用的要求外，还可以满足辐射环境和空间环境应用的需要。在上世纪七八十年代，由于当时^2O3原料非常昂贵，从而限制了含钪石榴石晶体 的研究和发展。近年来，随着应用需求和提取技术的迅速发展，^2O3的价格有了较大幅度 的降低。所以，近些年来，国外含钪石榴石晶体的研究又重新兴起，尽管如此，据检索，目前 国内外都还没有关于Re，Er:GSGG(Re = Ho3+或ft·3+)激光晶体的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种能够在2. 7-2. 8 μ m实现高效激光输出的抗辐射激光 晶体Re, Er:GSGG(Re = Ho3+或Pr3+)及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案，Er GSGG (Re = Ho3+或ft·3+)，所述晶体的化学式 为 Re3+，Er3+IGd3Sc2Ga3O12,分子式 Re3xEr3yGd3(1_x_y)Sc2^i5O12，其中 Re3+ 为 Ho3+ 或 Pr3+，0 < χ, y < 1，(可简写成Re，Er:GSGG)。Ho3+的5I7和ft·3+的％能级分别与Er3+离子的激光下能 级4Iiv2接近，可加速激光下能级粒子抽空速率，减小寿命，在振荡过程中激光介质可以保持 较高的增益，提高斜效率。所述晶体是以抗辐射晶体GSGG为基质的激光晶体。所述的Re3+和Er3+都是取代晶体中十二面体中心位置的Gd3+，Re3+的取代浓度为 0. 5-5at%, Er3+ 的取代浓度为 30_50at%。所述的，Er:GSGG(Re为Ho3+或ft·3+)制备方法(1)、采用固相法或液相法制备所述晶体的多晶原料，所述固相法是按照下列化学反应式3xRe203+3yEr203+3 (Ι-χ-y) Gd203+2Sc203+3Ga203 = 2Re&Ei^yGd(3_3x_3y)Sc2Ga3O12,其中 Re = Ho3+，Pr3+, χ = 0. 5-5at%, y = 30_50at%，通过固相反应法制得所述晶体的多晶原 料；所述液相法指共沉淀法或溶胶-凝胶法；O)、使用(1)制备的多晶原料，采用熔体法制备Re，Er:GSGG(Re = Ho3+或ft·3+)单曰曰曰°所述晶体除可用常规的闪光灯泵浦外，还可使用中心波长在790nm或965nm附近 的半导体激光作为泵浦源，通常采用熔体法生长Re，Er:GSGG(Re = Ho3+或ft·3+)石榴石单 晶，这种方法可以生长出尺寸较大的具有实用价值的单晶；也可以采用水热法等方法制备。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种，Er GSGG (Re = Ho3+或I^3+)，晶体 结构属于本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高效抗辐射中红外激光晶体Ｒｅ３＋，Ｅｒ３＋：Ｇｄ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２，其特征在于晶体的化学式为Ｒｅ３＋，Ｅｒ３＋：Ｇｄ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２，分子式Ｒｅ３ｘＥｒ３ｙＧｄ３（１－ｘ－ｙ）Ｓｃ２Ｇａ５Ｏ１２，其中Ｒｅ３＋为Ｈｏ３＋或Ｐｒ３＋，０＜ｘ，ｙ＜１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙敦陆，殷绍唐，张庆礼，罗建乔，刘文鹏，谷长江，秦清海，李为民，韩松，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34
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